ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
МАСШТАБНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Цель работы: изучение масштабных преобразователей и особенностей их использования
Краткие теоретические сведения
Масштабными называют измерительные преобразователи, которые, не изменяя природы измеряемой физической величины, изменяют ее масштаб в заданное число раз. К ним относятся шунты, добавочные резисторы, делители напряжения и измерительные трансформаторы.
Шунты используют для расширения пределов измерения по току, в основном, с магнитоэлектрическими приборами. Устройство шунта и схема его включения с прибором показаны на рис.1.
Резистивный элемент шунта 1 выполнен в виде пластины из манганина. Он надежно соединен с контактными площадками 2 из меди. Шунт имеет две пары зажимов: токовые зажимы Т служат для включения его в цепь измеряемого тока, а к потенциальным зажимам П подключают измерительный прибор. Как видно из рис.1 б, измеряемый ток I разветвляется: 
протекает через резистивный элемент шунта, а 
- через измерительную цепь прибора. Таким образом, прибор измеряет не весь ток, а его часть
где n - коэффициент шунтирования, зависящий от соотношения сопротивлений шунта и измерительной цепи прибора.
а)
б)
Рис.1 Устройство шунта (а) и схема его включения с прибором (б)
Чтобы расширить предел измерения прибора по току в n раз, сопротивление шунта должно быть равно
где R П – сопротивление измерительной цепи прибора.
B амперметрах с пределом измерения до 10 А шунты обычно размещаются внутри корпуса прибора. Шкалы приборов градуируют с учетом коэффициента шунтирования.
При больших величинах измеряемых токов размеры шунтов не позволяют размещать их в корпусе прибора, и они используются отдельно. Такие шунты называют наружными. Шунты изготавливают на токи, соответствующие стандартному ряду номинальных токов (5; 7.5; 10; 15... А). Сопротивления резистивных элементов делают такими, чтобы падение напряжения на потенциальных зажимах при номинальном токе равнялось 75 мВ. При этом током измерителя (несколько миллиампер!) можно пренебречь и полагать, что он измеряет падение напряжения, пропорциональное измеряемому току. Шкалу прибора, однако, градуируют не в милливольтах, а в амперах. Чтобы предупредить о невозможности использования такого прибора без шунта, на его шкале делают надпись "НШ 75 мВ".
Номинальное сопротивление наружного шунта равно
где 
- величина номинального тока (обозначенного на шунте).
Погрешность шунта как средства измерения обусловлена отклонением действительного сопротивления от номинального и определяется по относительной погрешности
Классы точности шунтов (0,02,..., 0,5) указаны на них и соответствуют пределу допустимой погрешности.
Добавочные резисторы и делители напряжения используют для расширения пределов измерения по напряжению. Конструктивно добавочные резисторы не отличаются от резисторов, используемых в радиоэлектронной аппаратуре. Они бывают проволочные и непроволочные, с допуском по сопротивлению от ±0,01 до ±1%. Схема включения вольтметра с добавочным резистором показана на рис.2 а.
Чтобы расширить предел измерения вольтметра в п раз, добавочный резистор должен иметь сопротивление
где 
- сопротивление прибора.
а) б)
Рис.2 Схема подключения вольтметра с добавочным резистором (а) и с делителем напряжения (б)
Измерительные трансформаторы тока применяют для преобразования больших переменных токов в относительно малые, удобные для измерения. Помимо преобразования они обеспечивают безопасность персонала, поскольку измерительная цепь оказывается изолированной от находящейся под высоким напряжением силовой цепи (рис.3).
Значение измеряемого тока 
находят умножением показания амперметра на номинальный коэффициент трансформации 
который всегда указывается на трансформаторе тока
а) б)
Рис.3 Электромагнитная схема (а) и условно-графическое обозначение (б) измерительного трансформатора тока
Отечественные трансформаторы тока обычно выпускаются с номинальным вторичным током 5 А.
Действительное значение коэффициента трансформации неизвестно, поэтому использование его номинального значения вызывает погрешность измерения, равную
Предел допустимой токовой погрешности определяет класс точности трансформатора тока.
При эксплуатации трансформаторов тока не допускается режим холостого тока, т.к. при нем становятся, возможны значительные перенапряжения
Выполнение работы
Таблица 1
Результаты измерения переменного тока с использованием трансформатора тока
| 
| 
| 
| 
| 
|
Puc.4 Схема измерения переменного тока с использованием трансформатора тока
Таблица 2
Результаты измерения постоянного тока с использованием шунта
 A
| U ш, мВ |  A
| 
| 
|
Рис.5 Схема измерения постоянного тока с использованием шунта
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Краткие сведения о применении используемых штабных преобразователях.
3. Измерение переменного тока.
4. Измерение постоянного тока.
5. Магнитоэлектрический вольтметр.
Вопросы для защиты
1. Для каких целей используют масштабные преобразователи?
2. Каковы преимущества измерения переменного тока с использованием трансформаторов тока перед приборами прямого включения?
3. Чем вызвана погрешность трансформатора тока и как она нормируется?
4. С какими измерительными приборами используют шунты?
5. Покажите схему многопредельного вольтметра с переключаемыми добавочными резисторами. Измерительный механизм с током полного отклонения 100 мкА, пределы измерения 3, 15, 30 В.